О.Е. Лагуткин

АНАЛИЗ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ВРЕМЕННОГО РЯДА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

 

Наблюдаемый с конца 80-х годов спад производства повлек за собой резкое уменьшение в электропотреблении промышленными предприятиями различных отраслей промышленности России. Это особенно заметно на примере крупных комбинатов, электропотребление которых измерялось сотнями миллионов кВт*ч. Методы прогнозирования, опирающиеся на статистический анализ временных рядов оказались неприменимы. Однако, потребность в прогнозировании в настоящее время нисколько не уменьшилась. Увеличение платы за потребляемую электроэнергию привело к повышению доли затрат на электроэнергию в материальных затратах на производство до 10-15 % по отдельным предприятиям.  Это вызвало более жесткие требования к качеству получаемых прогнозов.

В данной статье анализируется долговременный временной ряд годового электропотребления химического комбината АК «Азот» с 1949 по 2001 г.г. (рис.1). Электрическое хозяйство исследуемого предприятия в момент его максимального развития можно охарактеризовать следующими параметрами: максимальная потребляемая мощность  порядка  300 МВт; годовое электропотребление 2,5 - 3 млрд. кВт*час; число  установленных 

 

Рис. 1. Этапы развития АК «Азот».

 

электродвигателей  около 20  тыс. шт.;  количество главных  понизительных  подстанций  8 с трансформаторами 31,5 - 80 МВА,  третьим источником питания для безаварийной остановки крупнотоннажных  производств  является генераторное напряжение Новомосковской ГРЭС;  имеется 16 ЛЭП 110 кВ,  общей  протяженностью до районных подстанции примерно 60 км.

Особенностью химического производства является большой перечень  наименований выпускаемых  изделий,  например,  АК "Азот" имел порядка 100 наименований. В состав предприятия входят порядка 200 подразделений, часть которых  не связаны напрямую с  выпуском продукции (субабоненты,  электроцех, ремонтно-механическое производство  и т.д.),  но оказывающие существенный суммарный  вклад  в  годовое   электропотребление комбината.

Предварительный анализ динамики годового электропотребления (рис.1) позволяет сделать вывод о том, что его величина может  характеризовать развитие комбината, которое можно разделить на пять этапов:

1.                 Строительство. Этот этап длился примерно до конца 50-х годов. За этот промежуток времени практически не изменяется номенклатура продукции. В этот период начали выпускаться те виды продукции, которые можно назвать заводообразующими, то есть производящиеся за все время существования предприятия. К ним относятся: серная кислота, выпускаемая до 1970 г. на первой очереди, с 1970 по 1974 г.г. на двух очередях, и с 1974 г. на второй очереди; слабая азотная кислота, выпускаемая до 1968 г. на первой очереди, с 1953 г. запущена вторая очередь, с 1961 г. – третья, с 1970 г. – четвертая, с 1973 г. – пятая; амселитра. Всего на момент пуска комбината насчитывалось шесть видов продукции. К моменту завершения первого этапа к началу 60-х годов их было порядка 20 наименований.  Этот этап характеризует строительство производств с новыми видами продукции.

2.                 Развитие. Сопровождается резким увеличением годового электропотребления до конца 70-х годов. В этот период появляются новые производства в составе комбината. Развиваются также и уже построенные производства, характеризуемые пуском дополнительных очередей. Количество видов выпускаемой продукции изменяется с десятков до сотен наименований.

3.                 Стабильная работа. Этап длится до конца 80-х годов. Электропотребление практически не изменяется. Резкий спад происходит лишь из-за аварии на одном из производств. Номенклатура выпускаемой продукции стабильна.

4.                 Спад. До конца 90-х годов происходит резкое, почти в 3 раза, уменьшение потребления электроэнергии. Особенностью этого этапа является то, что количество видов выпускаемой продукции уменьшилось незначительно. Спад вызван в основном уменьшением объемов выпускаемой продукции и закрытие части очередей производств, выпускающих одноименную продукцию. Причина этого этапа видится, в основном, в смене плановой системы хозяйствования рыночной.

Продукция, ранее выпускаемая по государственному плану, например, удобрения, стали менее востребована народным хозяйством. Сильно стала сказываться конъюнктура  рынка. Построенное в первые пятилетки гигантское предприятие оказалось трудно перепрофилировать, в отличие от более мелких. Это одно из проявлений ценологических свойств технических систем /1,2,3/. Электропотребление является более инерционной величиной, чем объемы выпуска продукции. Уменьшение выпускаемой продукции на 15-20% приводит к уменьшению электропотребления на 5-10%. Остановить работающее производство, подразумевая его дальнейшую работу, чтобы электропотребление было равно нулю также практически невозможно.

5.                 Восстановление. Этап начался с 1998 года. Выпуск продукции производится по тем же наименованиям, что и на предыдущем этапе, но в большем объеме.

Следовательно, в динамике годового электропотребления можно выделить пять поворотных моментов, предсказать начало которых, анализируя лишь исследуемый показатель по предыстории невозможно. Возможность прогнозирования годового электропотребления на краткосрочный период времени (до одного года) видится лишь при помощи анализа объемов  выпускаемой продукции и их взаимосвязи с исследуемым параметром.

Из всех видов продукции были выделены заводообразующие виды. Взаимосвязь с электропотреблением заводообразующих видов  можно представить зависимостью вида:

V_1i × X_1i + V_2i × X_2i + V_3i × X_3i + V_4i × X_4i  + V_5i × X_5i + V_6i × X_6i = W_i ,        (1)

где V_1i ,…, V_6i – объем выпуска  выделенных видов продукции на i-й год предыстории (т); X_1i ,…, X_6i – виртуальная электроемкость  этих видов продукции на i-й год предыстории (МВт×ч/т); W_i – годовое электропотребление комбината на i-й год предыстории (МВт×ч/т).

Электроемкость названа нами виртуальной, так как ее расчет не основывается на показаниях счетчика электроэнергии, в отличие от удельного расхода электроэнергии (счетчик установлен на IV уровне системы электроснабжения) и электроемкости (счетчик установлен на VI уровне системы электроснабжения).

Поиск значений X_1i ,…, X_6i производился методом Ньютона. Установлено, что X_1i = 1,00 МВт×ч/т; X_2i = 0,46 МВт×ч/т; X_3i = -0,51 МВт×ч/т; X_4i = 0,62 МВт×ч/т; X_5i = 10,30 МВт×ч/т; X_6i = 38,57 МВт×ч/т. На рисунке 2 представлен график рассчитанного в соответствии с формулой (1)  годового электропотребления W₂. Из сопоставления графиков фактического W₁ и расчетного W₂ значений следует, что вне зависимости от этапа развития предприятия, количества и номенклатуры выпускаемых изделий годовое электропотребление промышленного предприятия напрямую зависит от заводообразующих видов продукции. Следовательно,

 

Рис. 2. Фактические W₁, расчетные W₂ и прогнозные W₃ значения годового электропотребления АК «Азот».

 

определить момент наступления следующего этапа развития можно с помощью краткосрочного прогнозирования на один временной интервал вперед. Для этого можно воспользоваться плановыми показателями объемов выпускаемой продукции, принятыми из планового отдела (или отдела маркетинга) предприятия.

Одним из методов аппроксимации долговременных рядов ранее применялась логистическая зависимость, имеющая S-образный вид  /4, 5/. На основании её анализа осуществлялось долгосрочное (или футурологическое) прогнозирование показателей электропотребления технических систем на 15-20 лет. Данный подход оказался приемлем лишь для стабильных систем (имеющих три первых этапа развития). В современных условиях эти методики не приемлемы. Долгосрочный прогноз в настоящее время, основанный лишь на анализе временного ряда одного показателя невозможен. Максимально возможным по времени и с достаточной степенью погрешности мы считаем прогноз на 7-10 лет (минимальная продолжительность этапа).

Предлагается аппроксимировать долговременные временные ряды зависимостями, учитывающими затухающие колебания. Одним из доказательств необходимость этого является спад в величине годового электропотребления, произошедший в связи с аварийной остановкой одного из производств АК «Азот» в 70–е годы (рисунок 1). Выход на предаварийные показатели произошел только через четыре года и по величине меньшей, чем до аварии. По-видимому, пятый этап развития также закончится при значениях годового электропотребления меньшем, чем на третьем этапе.

Эмпирически, на основании данных по первым четырем этапам, получена формула долговременного временного ряда вида

         (2)

Согласно формуле (2) график прогнозных значений электропотребления будеть иметь вид  W₃, представленной на рисунке 2. Пятый этап продлится порядка десяти лет. Предприятие к 2007 году выйдет на показатели начала 90-х годов. Дальнейшее развитие промышленного предприятия возможно лишь при условии инвестиций, направленных пуск новых производств и, соответственно, новых видов продукции.

 

Список литературы:

1.     Кудрин Б.И.  Введение в технетику.  2-е изд., переработ. и доп.- Томск: Изд-во-Томск.гос.ун-та, 1993.-552с.

2.     Кудрин Б.И., Жилин Б.В., Лагуткин О.Е., Ошурков М.Г. Ценологическое  определение параметров электропотребления многономенклатурных производств.-Тула: Приок. кн. изд-во, 1994.-122с.

3.     Гнатюк В.И., Лагуткин О.Е. Ранговый анализ техноценозов. – Калининград: БНЦ РАЕН – КВИ ФПС РФ, 2000. – 86 с.

4.     Меламед А.М., Тимченко В.Ф., Сааренд К.А. Моделирование динамики изменений потребления электроэнергии энергосистем при неполной информации.- Электричество, 1977, №4.

5.     Астахов Ю.Н.,  Зубанов К.К.,  Кавченков В.П.,  Пашенкова Т.Е. Использование теории подобия в прогнозировании выработки электроэнергии .- Электричество, 1993, №3.